phát triển.
C.I. Năng lượng mặt trời:
C.I.1. Vấn đề sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam:
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát triển.
Năng lượng mặt trời (NLMT)- nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất - đang được loài người thực sự đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự.
Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8” Bắc đến 23” Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2.năm (4,2 -7,3GJ/m2.năm) do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ và đặc biệt là hệ thống cung cấp nước nóng kiểu tấm phẳng hay kiểu ống có cánh nhận nhiệt. Nhưng nhìn chung các thiết bị này giá thành còn cao, hiệu suất còn thấp nên chưa được người dân sử dụng rộng rãi. Hơn nữa, do đặc điểm phân tán và sự phụ thuộc vào các mùa trong năm của NLMT, ví dụ: mùa đông thì cần nước nóng nhưng NLMT ít, còn mùa hè không cần nước nóng thì nhiều NLMT do đó các thiết bị sử dụng NLMT chưa có tính thuyết phục. Sự mâu thuẫn đó đòi hỏi chúng ta cần chuyển hướng nghiên cứu dùng NLMT vào các mục đích khác thiết thực hơn như: chưng cất nước dùng NLMT, dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí dùng NLMT... Hệ thống lạnh hấp
thụ sử dụng NLMT là một đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu, nhưng vấn đề sử dụng bộ thu NLMT nào cho hiệu quả và thực tế nhất thì vẫn còn là một đề tài cần phải nghiên cứu, vì với các bộ thu kiểu tấm phẳng hiện nay thì hiệu suất rất thấp, do đó cần có một mặt bằng rất lớn để lắp đặt bộ thu cho một hệ thống điều hòa không khí bình thường.
Vấn đề sử dụng NLMT đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm. Mặc dù tiềm năng của NLMT rất lớn, nhưng tỷ trọng năng lượng được sản xuất từ NLMT trong tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới vẫn còn khiêm tốn. Nguyên nhân chính chưa thể thương mại hóa các thiết bị và công nghệ sử dụng NLMT là do còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa được giải quyết :
- Giá thành thiết bị còn cao: vì hầu hết các nước đang phát triển và kém phát triển là những nước có tiềm năng rất lớn về NLMT nhưng để nghiên cứu và ứng dụng NLMT lại đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, nhất là để nghiên cứu các thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí bằng NLMT cần chi phí quá cao so với thu nhập của người dân ở các nước nghèo.
- Hiệu suất thiết bị còn thấp: nhất là các bộ thu năng lượng mặt trời dùng để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thu cần nhiệt độ cao trên 8500C thì các bộ thu phẳng đặt cố định bình thường có hiệu suất rất thấp, do đó thiết bị lắp đặt còn cồng kềnh chưa phù hợp với nhu cầu lắp đặt và về mặt thẩm mỹ. Các bộ thu có gương parabolic hay máng parabolic trụ phản xạ bình thường thì thu được nhiệt độ cao nhưng vấn đề định vị hướng hứng nắng theo phương mặt trời rất phức tạp nên không thuận lợi cho việc vận hành.
- Việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế: về mặt lý thuyết, NLMT là một nguồn năng lượng sạch, rẻ tiền và tiềm tàng, nếu sử dụng nó hợp lý sẽ mang lại lợi ích kinh tế và môi trường rất lớn. Việc nghiên cứu về lý thuyết đã tương đối hoàn chỉnh. Song trong điều kiện thực tiễn, các thiết bị sử dụng NLMT lại có quá trình làm việc không ổn định và không liên tục, hoàn toàn biến động theo thời tiết, vì vậy rất khó ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Đặc biệt là trong kỹ thuật lạnh và điều tiết không khí, vấn đề nghiên cứu đưa ra bộ thu năng lượng mặt trời để cấp nhiệt cho chu
trình máy lạnh hấp thụ đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nhằm đưa ra bộ thu hoàn thiện và phù hợp nhất để có thể triển khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Nhiều hội thảo quốc tế về vấn đề này mở ra, đại biểu quen mặt nhau nhưng kinh nghiệm từ các nước thì vẫn không áp dụng được, tiết kiệm năng lượng vẫn là bài toán tìm đáp số hiệu quả...
Đó là bức xúc của nhiều đại biểu tham gia Hội thảo "Các chính sách hiệu quả năng lượng ở VN" tổ chức tại TP.HCM vào ngày 9-10/4.
Theo kinh nghiệm từ Pháp, ông Philippe Masset (Trưởng ban chương trình và dự án quốc tế Cơ quan môi trường và tiết kiệm năng lượng) cho biết, rất nhiều công cụ đa dạng trong cơ chế thực hiện chính sách tiết kiệm năng lượng, bao gồm: hỗ trợ nghiên cứu và phát triển; giáo dục, thông tin tuyên truyền cho các địa phương, doanh nghiệp, cộng đồng; cần có luật và quy định, chế tài và khuyến khích tài chính; các công cụ đổi mới kết hợp giữa quy định ràng buộc và thị trường...
Ông Brahmanand Mohanty (cố vấn khu vực Châu Á, cơ quan Môi trường và kiểm soát Năng lượng (ADEME) cũng đưa ra ví dụ từ kinh nghiệm của Thái Lan. Các yếu tố cho phép tiết kiệm năng lượng bao gồm hỗ trợ kỹ thuật, khuyến khích và trợ cấp, hỗ trợ các thị trường, pháp luật và tuyên truyền thông tin hữu ích.
Tuy vậy, những kinh nghiệm này khó áp dụng với Việt Nam, bởi theo ông Nguyễn Thường (Trung tâm Phát triển năng lượng bền vững) chỉ một phòng tiết kiệm năng lượng của Bộ Công thương, ngoài ra không có quỹ hay trung tâm nào đủ mạnh, đủ nhân lực chuyên môn phối hợp cùng thì hoàn toàn không đủ khả năng, không đủ sức triển khai những vấn đề mang tính tổng hợp đa ngành như trên để có thể tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
Ông Nguyễn Đình Hiệp, Chánh văn phòng Tiết kiệm năng lượng, Bộ Công thương cho biết, mục tiêu của VN là tiết kiệm từ 3-5% trong giai đoạn 2006-2010 và 5-8% trong giai đoạn 2011-2015. Hoạt động chính của chương trình gồm tăng cường nhận thức cộng đồng và thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện.
Tuy nhiên, ở VN còn nhiều rào cản: thiếu năng lực thực hiện chính sách, cơ chế hỗ trợ, kiểm soát và thực thi các hoạt động tiết kiệm năng lượng, nhận thức cộng đồng còn hạn chế, chế tài chưa đầy đủ và đủ mạnh cũng như chưa có sự khuyến khích các hoạt đồng tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh đó, các cấp quản lý thiếu sự cam kết, hỗ trợ và hạn chế về dịch vụ thúc đẩy hoạt động tiết kiệm năng lượng.
C.I.2. Tiềm năng phát triển:
Việt Nam với lợi thế về vị trí địa lý nằm trong khu vực nhiệt đới nên rất thuận lợi cho việc phát triển khai thác năng lượng mặt trời. Vấn đề còn lại chỉ là mặt công nghệ và kinh phí đầu tư, triển khai các dự án còn nằm trong giấy vở. Tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời không còn xa lạ với người dân Việt Nam, thậm chí có nhiều nơi nó còn là nguồn năng lượng sinh hoạt chính trong gia đình. Bên cạnh đó nhiều người dân đã tự tìm tòi và sáng chế ra những thiết bị, hệ thống khai thác năng lượng mặt trời rất hiệu quả, góp phần nâng cao tiềm năng phát triển ngành công nghiệp khai thác năng lượng mặt trời trong phạm vi cả nước, tiết kiệm nhiều chi phí sử dụng và thúc đẩy quá trình nghiên cứu đẻ làm sao khai thác hiệu quả nhất nguồn năng lượng vô tận này.
Sau đây xin giới thiệu một số sáng chế tiêu biểu về việc khai thác có hiệu quả năng lượng mặt trời phục vụ cho sinh hoạt hằng ngày của người dân Việt Nam:
Bếp năng lượng mặt trời:
Mặc dù kiếm sống bằng một nghề không hề liên quan lĩnh vực nghiên cứu khoa học là trang trí nội thất, nhưng ông Trán vẫn sáng chế thành công bếp sử dụng năng lượng mặt trời.
"Từ nhỏ tôi đã thích khám phá các loại máy móc, cơ khí. Năm 1994 vô tình tôi mua được một cuốn sách về năng lượng mặt trời phục vụ nông thôn. Đọc xong cuốn sách, ngay lập tức tôi mong muốn tự mình làm được một cái bếp mặt trời như tôi đang có. Thế nhưng, 10 năm sau tôi mới bắt tay thực hiện được ước mơ" - ông Trán tâm sự.
Ông Đỗ Văn Trán đang đun nước bằng bếp mặt trời do ông sáng chế. (Ảnh: M.L)
Vật liệu cấu tạo nên chiếc bếp mặt trời của ông Trán chủ yếu là nhôm, sắt và inock. Tổng chi phí cho chiếc bếp nói trên ước tính khoảng 4,5 triệu đồng.
Bếp gồm các bộ phận như: mặt phản xạ thu ánh sáng hình parabol, thùng bếp, bộ phận truyền dẫn có tác dụng truyền dẫn nhiệt tới thùng bếp. Mặt bên trong của thùng bếp có gắn một số loại mút, xốp có tác dụng giữ nhiệt. Bộ dẫn nhiệt gồm 2 ống thuỷ tinh giúp giữ thoát nhiệt, bộ phận truyền nhiệt được cấu tạo bởi một ống đồng nhỏ có độ dài khoảng 2,2 m để truyền nhiệt vào thùng bếp.
Bếp mặt trời của ông Trán được vận hành bởi bộ điều khiển tự động và điều khiển bằng tay, chảo Parapol sẽ tự động quay sau khi vận hành; nắng ở chỗ nào, chảo sẽ tự động quay theo hướng đó. Khoảng 5h chiều chảo parabol sẽ tự động dừng ở hướng Tây. 6h sáng hôm sau, chảo sẽ tự động quay về hướng Đông để đón ánh sáng mặt trời.
Ông Trán cho biết, loại bếp mà ông sáng chế có ưu điểm "vượt trội" hơn so với các loại chảo parabol khác ở chỗ người sử dụng không phải đứng ngoài nắng để nấu nướng trong lòng chảo. Nhờ vậy, trong khi sử dụng, không phải tiếp xúc trực tiếp với
lượng ánh sáng mặt trời (gần 200 độ C).
Hơn nữa, trong khi các chảo parabol khác chỉ có thể sử dụng khi trời có nắng và bị mất nhiệt khi có gió lớn, thì bếp mặt trời của ông Trán vẫn có thể dùng được khi trời râm mát. Thậm chí khi trời mưa, vẫn nấu nướng được do có hệ thống lưu nhiệt trong 3 - 4 giờ.
Bếp mặt trời của ông Trán có tuổi thọ từ 7 - 10 năm.
Được biết, bếp mặt trời do ông Trán sáng chế đã đạt giải khuyến khích tại cuộc thi "Sáng tạo kỹ thuật TP.HCM lần thứ 18" do Sở KH-CN TP.HCM phát động.
Ngôi nhà với tổ hợp điện mặt trời thông minh
Chủ nhân ngôi nhà là kỹ sư Trịnh Quang Dũng. Sau khi tốt nghiệp ngành vật lý ở Hungary trở về nước, nhận thấy TP.HCM là khu vực có tiềm năng điện mặt trời lớn do nắng chiếu quanh năm, ông nảy ra ý tưởng xây dựng ngôi nhà sử dụng điện hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời.
Trên thực tế, ngôi nhà này đã tiết kiệm cho gia đình ông Dũng mỗi tháng hơn 733.000 đồng tiền điện.
Ý tưởng độc đáo cộng với một chút may mắn đã tạo điều kiện cho ông Dũng thực hiện ước mơ của mình. Năm 1997, ông Dũng được chọn giữ trọng trách Chủ nhiệm chương trình “Công nghệ năng lượng mới châu Á” do tổ chức SIDA Thụy Điển tài trợ cho 6 nước châu Á, trong đó có Việt Nam.
Ngay lập tức, ông Dũng lên kế hoạch một chương trình nghiên cứu các công nghệ tiết kiệm năng lượng, thiết kế mạng điện mặt trời cục bộ (Madicub).
Ngôi nhà đầu tiên ứng dụng công nghệ này chính là ngôi nhà mà gia đình ông đang ở. Ông Dũng vừa vẽ thiết kế, vừa tạo cảnh quan thoáng mát, có khung cảnh tự nhiên hài hòa. Nét đặc sắc nhất của ngôi nhà là các bức tường tòa nhà được thiết kế sao cho thu được nhiều ánh sáng và tận thu được nguồn gió một cách triệt để nhất.
Trên mái ngói của căn nhà, 40 tấm pin mặt trời được lắp đặt bao phủ toàn bộ bề mặt khoảng 20m2. Ông Dũng cho biết, dàn pin mặt trời có công suất 2,2kWp cung cấp
khoảng 200 kWp/tháng, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho toàn bộ nhu cầu ánh sáng và mọi sinh hoạt khác của gia đình.
Bộ biến áp kỹ thuật số smart invertor P2000 chuyển hóa điện từ ắc quy thành dòng điện 220 volt để hòa vào mạng lưới điện gia đình với công suất là 2KW. Nguồn điện mặt trời này cũng được thiết kế như một mạng điện cục bộ sử dụng nguồn điện lưới làm nguồn dự phòng trong trường hợp thời tiết xấu.
Mặt khác, nguồn điện mặt trời là nguồn hỗ trợ phụ tải điện lưới quốc gia khi nó tách độc lập khỏi nguồn điện lưới trong giờ trung và cao điểm (từ 4 giờ đến 22 giờ đêm). Ở giờ thấp điểm, mạng điện cục bộ tự nhập vào mạng điện quốc gia và dự trữ đầy vào hệ thống tồn trữ năng lượng của căn nhà. Khả năng này tạo ra cơ hội mua giá điện giá rẻ vào giờ thấp điểm (từ 22 giờ đến 4 giờ) với giá 400 đồng/kwh.
Ông Dũng đặt tên cho toàn bộ hệ thống vận hành trên là “Tổ hợp điện mặt trời thông minh” vì toàn bộ hệ thống vận hành trên gần như tự động hóa hoàn toàn. Đặc biệt là tính năng tự động dò tải. Khi nhận tín hiệu có nhu cầu sử dụng, điện mặt trời tự động bật lên trong 15 giây, ngược lại nó ở chế độ ngắt để tiết kiệm điện.
Hệ thống đèn cổng, vườn và hệ thống tưới cây tự động theo chương trình cài đặt sẵn. Đây là kỹ thuật định giờ theo mặt trời, lấy thời điểm mặt trời lặn để kích hoạt mạch điện tử, điều khiển chức năng như mong muốn.
Chính vì thế mà khi hoàng hôn vừa buông xuống cũng là lúc dàn đèn sân tự động bật lên. Hệ thống cửa lưới tự cuốn lên và đèn, quạt trong phòng khách tự hoạt động… đủ để tạo một cảm giác thật sự thoải mái.
Để đạt được kết quả như ngày nay, kỹ sư Trịnh Quang Dũng phải mất sáu năm trời mày mò nghiên cứu. Khó khăn nhất là công nghệ Việt Nam không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của việc biến năng lượng mặt trời thành điện năng.
Đến cuối năm 2002, ông Dũng phối hợp Công ty AST chế tạo thành công bộ biến đổi có sóng sin thật thì tổ hợp điện mặt trời thông minh sử dụng hoàn toàn công nghệ trong nước mới có thể đi vào vận hành. Và tháng 4-2005 vừa rồi, ông mới gắn đồng hồ đo điện vào hệ thống điện mặt trời để biết điện năng tiêu thụ. “Kết quả cho thấy
đồng hồ chỉ số điện tiêu thụ là 733 KWh. Nếu tính bình quân 1.000 đồng/KWh điện thì gia đình tôi đã tiết kiệm được 733.000 đồng” - ông Dũng phấn khởi giới thiệu. Có thể nói thành công của ông Dũng đã mở ra một hướng đi mới trong việc sử dụng nguồn năng lượng vô tận, an toàn và không ô nhiễm môi trường.
C.II. Năng lượng gió:
C.II.1. Tiềm năng điện gió của Việt Nam
Sau khi gia nhập WTO, nền kinh tế VN đứng trước những thử thách lớn. Để vượt qua được những thử thách đó cần có một nền công nghiệp điện năng phát triển. Xây dựng điện bằng sức gió là một giải pháp hiện thực, có hiệu quả cao, có thể nhanh chóng